Biotech seet et kann d'Liewen programméiere fir nei Saachen ze maachen. Ass dat wouer?

Mënschen Léift Saachen ze soen wat ze maachen. Alles wat mir etabléieren, viraussoen a kontrolléieren - vu Computeren bis Fabriken - kënne mir programméiere fir zouverlässeg, nëtzlech Resultater ze kréien. D'Biotechnologie ass reift bis zum Punkt wou d'Wëssenschaftler ëmmer méi lieweg Zellen als programméierbar betruechten, awer net jiddereen ass d'accord mat deem Begrëff ze benotzen. Andeems Dir mat hiren Genen ze manipuléieren an ze änneren fir all Zort vun nëtzlechen neie Produkter, Molekülen, Chemikalien a Materialien op enger Skala ze kreéieren, verspriechen d'Leader an dësem Gebitt vun der synthetescher Biologie grondsätzlech d'Art a Weis wéi mir Saache maachen, gedriwwe vun neien an opkomende Techniken fir d'DNA z'änneren. an dat anscheinend onbegrenzt produktivt Potenzial vun der Biologie.

Firmen wéi Zymergen, AmyrisAMRS
, an Gingko Bioworks sinn e puer vun deenen, déi dëst Konzept fortschrëtt, wat e Grondbewosstsinn tëscht villen am Biotech ginn ass. "D'Käridee hannert der synthetescher Biologie ass datt d'Biologie grondsätzlech programméierbar ass, well se op digitale Code a Form vun DNA leeft." sot Jason Kelly, Gingko Bioworks CEO, an enger rezenter Konferenz. "Wann Dir Code liesen a schreiwen kënnt, an Dir hutt eng Maschinn déi se leeft - déi mir eng Zell nennen - dat ass programméiere."

Liewewiesen, vun den einfachsten Zellen bis zu komplexen Organismen, si scho industrialiséiert ginn. Déierelandwirtschaft ass en offensichtlecht Beispill, oder Hefen, déi a gigantesch Tassen geworf ginn, wou se wesentlech Chemikalien produzéieren wéi Zitrounesaier op grousse Skalen. Awer wat wier wann d'Genen vun dësen Hefe kéinte geännert ginn, sou datt se amplaz e wäertvolle Mineral oder eng pharmazeutesch nëtzlech Molekül produzéieren? Wat wann d'Zellen vun enger Kou nees codéiert ginn fir eng konstant Fourniture vun reng Filet schéissen ?

D'Imaginatioun kann mat dëser Iddi lafen: déi richteg Instruktiounen an eng Zell fidderen - oder Milliarde vun hinnen - a produzéieren nei Chemikalien oder net gëfteg Faarfstoffer, purifizéiert Waasser, maacht méi effizient Bioreaktoren, dee weess wat nach. Fir all Opreegung an Verspriechen, wéi dës Iddien an Techniken méi verbreet a raffinéiert ginn, entsteet och Meenungsverschiddenheeten iwwer d'Fro: Kënne mir wierklech Fuerderung fir Liewen wéi Software ze programméieren? Solle mir? A wat heescht dat iwwerhaapt?

Fir e puer bitt d'Programméierungsbiologie d'Méiglechkeet fir oniwwertraff materiell a wirtschaftlech Iwwerfloss fir de ganze Planéit ze bidden, wärend och eis Roll als Stewards vun der Weltraumschëff Äerd verbessert, eis manner Grënn ginn fossil Brennstoffer auszegruewen oder gëfteg Chemikalien ze produzéieren fir d'Saachen ze fabrizéieren déi mir brauchen. a Léift. Anerer gesinn déi ganz Notioun als wéineg méi wéi eng falsch Analogie, souguer eng kontraproduktiv Mësskarakteriséierung déi riskéiert d'Liewen als eppes vill manner komplex a mysteriéis ze behandelen wéi et wierklech ass. De Klimawandel ass nëmmen e Beispill vu wéi esou Attitudë eis kënne verleeën. Wéi oft de Fall, kann Abléck an de Raum tëscht dëse Standpunkter fonnt ginn.

D'Black Box vun der Biologie

An der rezenter Geschicht hunn d'Mënschen vill iwwer déi bannenzeg Aarbecht vu liewegen Zellen geléiert. D'Industrie sicht elo ze innovéieren andeems se direkt mat dësen bannenzegen Aarbechten interfacéieren, d'Logik vun der Berechnung applizéieren andeems se mächteg nei benotzen Tools wéi CRISPR fir eenzel Genen z'änneren. Mënschlech Verständnis vun de Liewesystemer, déi dës Technologien fir eis opmaachen, ass nach ëmmer a senger Kandheet, awer si gi scho produktiv benotzt. Déi mRNA Technologie hannert dem COVID-19, zum Beispill, fördert d'Immunitéit andeems se d'Instruktioune vun den Zellen fir d'Produktioun vun Proteinen direkt iwwerschreiwe. Wann dat net programméiere ass, wat is et?

De Schlëssel fir d'Iddi vun der Programméierungsbiologie ass d'Tatsaach datt lieweg Systemer op Code lafen, DNA, déi anstatt Eenen an Nullen interpretéiere mir als A, C, T, a G. Et ass eng Sprooch, déi d'Mënsche kënne liesen a souguer léieren ze schreiwen, awer mir kënnen dat nach net fléissend maachen. An der Analogie kënne mir mat Wierder a kuerze Sätze schaffen, awer net voll Sätz, eleng Abschnitter oder Kapitelen. Nëmmen ee Bréif an enger genetescher Sequenz änneren kann Resultater produzéieren déi gutt, schlecht oder ondetektabel sinn, a ganz dacks entsprécht d'Resultat net logesch Erwaardungen.

Bal näischt dovun ass wouer fir Computercode, deen d'Mënschen op fundamentalem Niveau verstinn, well mir et erfonnt hunn. E puer plädéieren datt mir aus dësem Grond ni wierklech d'Biologie an engem sënnvollen Sënn programméiere kënnen. Egal wéi eng Moossname mir huelen fir et ze kontrolléieren, si erënneren eis, "Liewen fënnt e Wee” fir aus de Këschte ze ënnergruewen oder auszebriechen, déi mir ronderëm si bauen (net ëmmer esou dramatesch wéi de Jurassic Park). An der digitaler Programméierung ass Prévisibilitéit Schlëssel. Et gëtt wéineg Notzung fir eng Spreadsheet App déi onerwaart e Zuelewäert all elo an dann ännert. Awer eng Saach déi mir sécher iwwer d'Liewen kënne soen ass datt et ass net prévisibel. Tatsächlech gëtt d'Evolutioun duerch Onberechenbarkeet ugedriwwen, genetesch Mutatioun huet vill vun der blendender Varietéit vum Liewen op der Äerd bäigedroen.

Zur selwechter Zäit bauen a benotze mir reegelméisseg komplex Systemer mat wesentlech limitéierter Prévisibilitéit. Fligeren, Verkéierssystemer, Computernetzwierker, all besteet aus sou vill méi klengen, prévisibelen Deeler, datt hiert Verhalen nëmme bis zu engem Punkt prévisibel ass, ëmmer fäeg eppes ze maachen, wat kee gesäit kommen. Fir jiddereen, deen seng bannenzeg Aarbechten net kennt, kann och e perfekt konstruéierte Computer eng "schwaarz Këscht" genannt ginn: mir wësse wat eran a wat erauskënnt, ouni ze verstoen wat dobannen geschitt. Eppes ähnleches kéint vun der aktueller Relatioun zu Biologie gesot ginn.

Fuzzy Logik

Glécklech fir d'Biotechnologie kann de Wee zum Fortschrëtt net e komplette Grëff op de Code vum Liewen erfuerderen. Méi déif Wëssen a Fäegkeete kënnen erreecht ginn ëmginn déi inévitabel Margen vum Geheimnis, déi aus der Aarbecht mat Liewenssystemer kommen. Neie genetesche Code an eng Zell ze fidderen mat engem erwaartene Resultat, wärend och op fir dat Onerwaart, kéint programméiere genannt ginn, oder vläicht prodding, eng Fro un d'Natur selwer stellen. Och wann dëst vläicht net sou zouverlässeg oder effizient ass wéi de Code fir e Computerprogramm auszeschaffen, ass den Upside datt d'Äntwerten dacks iwwerraschend sinn an heiansdo op Froen bezéien déi net emol gefrot goufen. Dat ass wéi Innovatioun geschitt, an et ënnerscheet d'Biologie vun all aner "programméierbar" Domain op e puer spannend Manéier.

An der Industrie gëtt et net de Luxus fir op e vollen Grëff vun de komplexe Systemer ze waarden, déi d'Evolutioun an de leschte véier Milliarde Joer gedreemt huet ier se kënne benotzt ginn. Den Imperativ fir Meilesteen ze schloen an nëtzlech, skalierbar a schlussendlech vermaartbar Produkter ze liwweren léisst keng Optioun ausser den direkten Wee fir déi bescht an nëtzlechst Resultater ze fannen. D'Realitéit vun der Aarbecht mat Onberechenbarkeet ze akzeptéieren heescht bauen meeschtens prévisibel Systemer déi vill onerwaart - awer dacks nëtzlech - Verhalen vun der Natur toleréiere kënnen. Wann dës Prozesser am Räich vun der Widderhuelbarkeet sinn akzeptéiert vun traditionelle Berechnungs- oder Fabrikatiounsprozesser, gëtt den Ënnerscheed manner wichteg.

d' Komplexitéit vun der Biologie ass Ursaach fir Demut, awer och Begeeschterung. Et gëtt eng Geleeënheet an der Biotechnologie fir Prozesser a Fäegkeeten ze léieren a souguer auszebauen, déi keen ni konnt erfannen, eleng ganz verstoen. Mir hunn de Poulet net erfonnt, zum Beispill, a verstinn sécher net all seng Aarbechtsdeeler, wat a sengem Kapp leeft wa mir se fidderen, oder wat d'Kette vun Eventer déi Kären an en Ee konvertéiert dat e ganzt produzéiere kann neie Poulet. Awer si bidden eis sou vill Wäert, zouverlässeg an op Skala, datt se och als fortgeschratt Technologie ugesi kënne ginn. D'Fro ob Gen Editéierung a Kodéierung vu Liewenssystemer op "Programméiere" entsprécht, ass dann haaptsächlech semantesch. Et ass och sekundär zu der realer Fro: wat gëtt mat dësen neien an ëmmer verbesserte Fäegkeeten gemaach? Am Versuch d'fundamental Wierker vun der Biologie ze verstoen, soulaang mir Weeër fannen fir eis Liewensqualitéit an d'Gesondheet vum Planéit ze verbesseren, sollt et net wierklech egal sinn wat Wuert mir benotze fir et ze beschreiwen.